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《粉末冶金工業雜志》2016年第一期

摘要：

以集束拉拔法生產的C-276合金纖維為原料，經過纖維剪切、濕法成網、疊配氈等工序制備出纖維氈坯料，按照正交法設計出的實驗方案，采用真空加壓燒結法制備出C-276合金纖維氈樣品，研究了燒結溫度、保溫時間及加壓壓力對纖維氈泡點壓力損失率的影響。結果表明：燒結溫度是影響泡點壓力損失率的最顯著因素；哈氏C-276合金纖維氈的最佳燒結工藝是燒結溫度1150℃，保溫4.5h，加壓0.8kPa。

關鍵詞：

正交法；哈氏C-276合金；真空加壓燒結；金屬纖維氈

哈氏C-276合金屬于鎳-鉬-鉻-鎢系鎳基合金，是現代金屬材料中最耐蝕的一種，在苛刻的腐蝕環境中，如化工、石油化工、煙氣脫硫、紙漿和造紙、環保等工業領域有著相當廣泛的應用[1-2]。哈氏C-276合金纖維氈是由哈氏C-276合金纖維組成的纖維氈坯料，經過真空加壓燒結而制得。這種材料既保留了哈氏C-276合金的耐蝕特性，還具有多孔材料的相對密度低、比強度高、比表面積高、質量輕、隔音、隔熱、滲透性好等優點，是一種耐蝕性金屬多孔材料。哈氏C-276合金纖維氈具有過濾、分離、消音、布氣、催化、熱交換等功能，將在普通金屬多孔材料（如不銹鋼纖維氈）無法應用的腐蝕環境中發揮十分重要的作用[3-8]。哈氏C-276合金纖維氈燒結過程中，主要受燒結溫度、保溫時間及加壓壓力3個因素影響，且3個因素之間相互制約，因此本文選用正交法開展實驗。纖維氈在使用時，大多都要做成波折濾芯，而客戶通常把泡點壓力損失率作為判定產品質量的重要依據。為此，本文研究了燒結溫度、保溫時間及加壓壓力對泡點壓力損失率的影響，從而最終確定出哈氏C-276合金纖維氈最佳的燒結工藝。

1實驗

1.1正交實驗的設計把燒結溫度、保溫時間及加壓壓力3個因素作為影響哈氏C-276合金纖維氈質量的最關鍵因素，制定出如表1所示的3因素3水平正交實驗表。

1.2C-276合金纖維氈坯料的制備以集束拉拔法生產的絲徑為12μm（600g/m2）與22μm（300g/m2）的哈氏C-276合金纖維為原料，經過圖1所示的工藝流程制備出9張尺寸為600mm×1000mm的纖維氈毛坯料。其中短纖維長度要保持在10～20mm，這是為了保證濕法成網過程中，纖維可以均勻分散在漿料中，進而保證纖網的質量。濕法成網工序就是把短纖維放入濕法鋪氈機中，在攪拌機的攪動下，纖維將均勻分散于漿料中，然后經過濾網過濾，將在濾網表面形成纖網。纖網疊配是把不同絲徑纖維組成的纖網按照一定的配方一層層疊配在一起，形成纖維氈毛坯料。

1.3真空加壓燒結把纖維氈坯料平鋪在爐架上，上下用隔離層夾住，再在隔離層上面鋪上一定質量的耐高溫鋼板，然后關閉爐門，按照正交實驗設定燒結溫度、保溫時間及加壓壓力，然后啟動真空燒結爐進行燒結。隔離層是一種阻止在高溫燒結過程中纖維氈與爐架及鋼板粘連的材料。

1.4波折濾芯的制備對制備出的9張哈氏C-276合金纖維氈進行壓延處理，使其厚度保持一致，為（0.60±0.02）mm，然后在每張氈上裁剪出2塊200mm×800mm尺寸的樣品，再在型號為ZBJ20×600TQ的拍板式波折紋機上對樣品進行波折，最后再經過焊接、擠壓收口、整形等工序，制備如圖2所示的波折濾芯，數量為18個。

1.5氣泡點壓力損失率的計算纖維氈經過壓延處理后，在保證可裁剪出2塊尺寸為200mm×800mm樣品的前提下，在纖維氈不同部位取樣5個，然后用BMP-93A型過濾器滲透性實驗儀測試其氣泡點壓力，最后計算出5個數據的平均值，即為該張纖維氈氣泡點壓力。由于每張纖維氈均制備了2個波折濾芯，因此纖維氈波折后的泡點壓力為2個波折濾芯泡點壓力的平均值。波折濾芯泡點壓力的測量同樣在BMP-93A型過濾器滲透性實驗儀上進行。

2結果與分析

正交實驗結果見表2，各因素的極差分析結果見表3。由表2、3可以看出，燒結溫度的極差最大，加壓壓力次之，保溫時間最小。也就是說，燒結溫度對泡點壓力損失率的影響最為顯著。3個因素最優水平為A2B3C3，即燒結溫度為1150℃，加壓壓力為0.8kPa，保溫時間為4.5h。燒結溫度是影響泡點壓力損失率的最顯著因素，這是因為在燒結過程中，溫度起到克服能壘的作用，較高的燒結溫度將為整個燒結過程起到推動作用。但是從燒結溫度對泡點壓力損失率的影響上看，燒結溫度也并非越高越好，如圖3所示。可以看出，燒結溫度由1100℃提高到1150℃時，泡點壓力損失率明顯降低，但當燒結溫度繼續提高到1200℃時，泡點壓力損失率不但沒有降低，反而呈現升高趨勢。這是因為，當燒結溫度為1100～1150℃時，纖維之間的冶金結合力隨燒結溫度升高逐漸提高，并且纖維的晶粒尺寸維持在較小的水平，未對材料的強度造成影響，此時纖維氈波折前后泡點壓力損失主要由于纖維間相互滑移引起，并且這種這種滑移現象隨燒結溫度的提高逐漸減弱。當燒結溫度為1150～1200℃時，纖維的晶粒尺寸迅速增大，造成材料強度下降，此時纖維氈波折前后的泡點壓力損失主要由于纖維斷裂引起。

3結論

（1）燒結溫度是影響泡點壓力損失的最顯著因素，其次是加壓壓力，最后是保溫時間。（2）哈氏C-276合金纖維氈的最佳燒結工藝為：燒結溫度1150℃，保溫4.5h，加壓壓力0.8kPa。

參考文獻：

[1]林黎穎.Hastelloy系耐蝕合金的性能及應用[J].腐蝕與防護，1997，18(5)：212-214.

[2]陸世英.超級不銹鋼和高鎳耐蝕合金[M].北京：化工工業出版社，2012.

[3]奚正平.燒結金屬多孔材料[M].北京：冶金工業出版社，2008.

[4]廖際常.粉末冶金多孔材料[M].北京：冶金工業出版社，1979.

[5]許佩敏.金屬多孔材料孔結構表征技術[J].熱加工工藝，2009，38(12)：50-53.

[6]湯慧萍.金屬多孔材料發展現狀[J].稀有金屬材料與工程，1997，26(1)：1-4.

[7]朱紀磊.金屬纖維多孔材料加工過程中孔結構保護研究[J].粉末冶金工業，2007，17(6)：25-27.

[8]左彩霞.一種對燒結金屬纖維氈過濾等級劃分方法[J].粉末冶金工業，2011，21(3)：40-41.

作者：許佩敏 楊延安 張小慶 郭亮 侯利強 單位：西安菲爾特金屬過濾材料有限公司